熱處理殘余力是指工件經(jīng)熱處理后最終殘存下來的應力，對工件的形狀、尺寸和性能都有極為重要的影響。當它超過材料的屈服強度時，便引起工件的變形，超過材料的強度極限時就會使工件開裂，這是它有害的一面，應當減少和消除。但在一定條件下控制應力使之合理分布，就可以提高零件的機械性能和使用壽命，變有害為有利。分析鋼在熱處理過程中應力的分布和變化規(guī)律，使之合理分布對提高產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠的實際意義，例如關(guān)于表層殘余壓應力的合理分布對零件使用壽命的影響問題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。
01、鋼的熱處理應力
工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一致，形成溫差，就會導致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當冷卻結(jié)束時，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度、材料成分和熱處理工藝等因素的影響，當冷卻速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷卻過程中在熱應力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大，最后形成的殘余應力就愈大。
實踐證明，任何工件在熱處理過程中，只要有相變，熱應力和組織應力都會發(fā)生。只不過熱應力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的，在整個冷卻過程中，熱應力與組織應力綜合作用的結(jié)果，就是工件中實際存在的應力。
02、熱處理應力對淬火裂紋的影響
存在于淬火件不同部位上能引起應力集中的因素(包括冶金缺陷在內(nèi))，對淬火裂紋的產(chǎn)生都有促進作用，但只有在拉應力場內(nèi)尤其是在最大拉應力下)才會表現(xiàn)出來，若在壓應力場內(nèi)并無促裂作用。
淬火冷卻速度是一個能影響淬火質(zhì)量并決定殘余應力的重要因素，也是一個能對淬火裂紋賦于重要乃至決定性影響的因素。為了達到淬火的目的，通常必須加速零件在高溫段內(nèi)的冷卻速度，并使之超過鋼的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織。就殘余應力而論，這樣做由于能增加抵消組織應力作用的熱應力值，故能減少工件表面上的拉應力而達到抑制縱裂的目的，其效果將隨高溫冷卻速度的加快而增大。而且，在能淬透的情況下，截面尺寸越大的工件，雖然實際冷卻速度更緩，開裂的危險性卻反而愈大。
03、總結(jié)
1.熱處理過程中產(chǎn)生的應力是不可避免的，而且往往是有害的。但我們可以控制熱處理工藝盡量使應力分布合理，就可將其有害程度降低到最低限度，甚至變有害為有利。
2.當熱應力占主導地位時應力分布為心部受拉表面受壓，當組織應力占主導地時應力分布為心部受壓表面受拉。
3.在高淬透性鋼件中易形成縱裂，在非淬透性工件中往往形成弧裂，在大型非淬透工件中容易形成橫斷和縱劈。
4.滲碳使表層馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）點下降，可導致淬火時馬氏體轉(zhuǎn)變順序顛倒，心部首先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而后才波及到表面，可獲得表層殘余壓應力而提高抗疲勞強度。
5.滲碳后進行等溫淬火可保證心部馬氏體轉(zhuǎn)變充分進行以后，表層組織轉(zhuǎn)變才進行，使工件獲得比直接淬火更大的表層殘余壓應力，可進一步提高滲碳件的疲勞強度。
6.復合表面強化工藝可使表層殘余壓應力分布更合理，可明顯提高工件的疲勞強度。
文章摘自：熱處理小講堂
冀公網(wǎng)安備13050002001422號